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Java的绘图世界--Java 2D

  发布于2026-07-17 阅读(0)

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Ja va 2D 绘图世界:从入门到实战

先聊一个背景:Ja va 2D API 是 JFC(Ja va Foundation Classes)的一部分,它的出现让传统 AWT 的绘图能力上了一个大台阶。早在 JDK 1.2 时代,开发者就已经可以用它来绘制任意几何图形、实现各种填充效果,甚至轻松完成旋转、缩放、扭曲这些变换操作。下面这张图(图一)展示的就是一个典型的统计图——利用不同线型和填充效果区分数据,整个过程只用了几行代码。当然,2D API 的能耐远不止这些:它还能给图片加滤镜、做任意图形的碰撞检测、以及图形叠加时的混色计算。这篇文章会把这些技术挨个过一遍。

Ja va的绘图世界--Ja va 2D

Ja va 2D API 相关包一览

JDK 1.2 中与 2D API 相关的包主要有以下几个,每个都承担着不同的角色。

ja va.awt

这个包包含了一些新增的 2D API 类和接口。其中最核心的是 Graphics2D,它继承自 ja va.awt.Graphics,是所有 2D 图形描绘的“画板”。和之前版本的 JDK 一样,当有对象需要被绘制时,paintupdate 方法会自动根据当前的 Graphics Context 执行绘图操作。所谓 Graphics Context,其实就是与 Graphics 对象相关的状态属性集合,在 Graphics2D 中新增了不少属性,比如 StrokePaintClipTransform 等。

ja va.awt.geom

这个包提供了可以勾勒任意形状的 GeneralPath 类。它允许由多种子路径(如直线、二次曲线)组合而成。为了方便使用,里面还预定义了许多基本几何图形,比如 Arc2DCubicCurve2DLine2D 等。这些类都有两种精度版本:Float 和 Double。此外还有一种特别的图形类 Area,它支持构造性区域几何(CGA)——简单说就是对已有图形做布尔运算来生成新图形。图二展示了 Area 支持的几种布尔运算:并集、交集、差集、异或。最后,AffineTransform 类提供了缩放、扭曲、旋转等坐标变换能力。

ja va.awt.font

这个包定义了 TextLayout 类,负责构建文本形状、执行文本操作(比如碰撞检测与高亮),以及确定文本的合适位置与顺序。

ja va.awt.image

Ja va 2D API 支持三种图像处理模式:producer/consumer(push)模型、immediate mode 模型和 pipeline(pull)模型。Push 模型在之前的 JDK 版本中就已存在,Pull 模型则会在后续的 Ja va Advanced Imaging API 中支持。这里重点介绍 JDK 1.2 中间出现的 immediate mode 模型。在这个模型下,开发者可以通过 2D API 对图像数据(BufferedImageRaster)施加滤镜效果。在 ja va.awt.image 包中,immediate mode 的 API 可以分成六大类:接口、图像数据类、图像操作类、样本模型类、颜色模型类和异常类。其中操作类定义了许多滤镜,比如 AffineTransformOpBandCombineOpColorConvertOpConvolveOpLookupOpRescaleOp 等。利用这些滤镜,可以实现几何变换、模糊、锐化、对比度增强、阈值化、颜色校正等效果。图三展示的就是原始图像经过滤镜后生成新图像的过程。

ja va.awt.color

这个包定义了 ColorSpace 类,为开发者提供了转换色盘的方法。

ja va.awt.print

Ja va Printing API 提供了打印 AWT 和 Ja va 2D 图形(包括组合图形和图像)的方法,并且允许用户设置打印属性,比如双面打印。

Ja va 2D 编程入门

了解了各个包之后,就可以动手写点简单的应用程序来感受 2D 的魅力了。不过在此之前,先打好基础——掌握几个基本的编程步骤和代码套路。

基本步骤

绘图的第一步是创建 Graphics2D 对象,接着设置你需要的状态属性。比如你想给一个图形做渐变填充,就把 Paint 属性设为 GradientPaint。最后调用 Graphics2D 提供的渲染方法 filldraw,完成整个绘图流程。下面是一段示例代码:

import ja va.awt.*;
import ja va.awt.geom.*;

public void paint(Graphics g) {
    Ellipse2D.Float shape;
    GradientPaint gp;
    // 创建 Graphics2D
    Graphics2D g2 = (Graphics2D) g;
    // 创建椭圆 (x, y, w, h)
    shape = new Ellipse2D.Float(200, 200, 60, 60);
    // 创建循环渐变 (x1,y1,color1, x2,y2,color2, cyclic)
    gp = new GradientPaint(180, 190, Color.yellow, 220, 210, Color.red, true);
    g2.setPaint(gp);
    g2.fill(shape);
}

如何画线

在 JDK 还没支持 2D 图形之前,开发者只能画直的、相同粗细的线条。现在有了 2D API,画不同粗细的线条和圆滑的曲线就和呼吸一样简单。ja va.awt.geom 包提供了 Line2DQuadCurve2DCubicCurve2D 等类,让开发者轻松画出想要的线条。示例代码如下:

import ja va.awt.geom.*;
…
Line2D.Float line;
CubicCurve2D.Float cubic;
// 创建直线
line = new Line2D.Float(20, 390, 200, 390);
// 创建三次曲线,比直线多了两个控制点
cubic = new CubicCurve2D.Float(70, 100, 120, 50, 170, 270, 220, 100);
// 设置线条粗细
g2.setStroke(new BasicStroke(2.0f));
g2.setColor(Color.blue);
g2.draw(line);
// 再画一条更粗的线
line = new Line2D.Float(30, 400, 250, 400);
g2.setStroke(new BasicStroke(5.0f));
g2.draw(line);

显示字串

通过 Ja va 2D,可以显示更加精致的文字。下面的代码效果是:显示一个外边为淡蓝色的字符串 "Font Test"。

import ja va.awt.font.*;
…
Shape sha;
FontRenderContext frc = g2.getFontRenderContext();
TextLayout tl = new TextLayout("Font Test", 
    new Font("Modern", Font.BOLD+Font.ITALIC, 20), frc);
sha = tl.getOutline(AffineTransform.getTranslateInstance(50, 380));
g2.setColor(Color.blue);
g2.setStroke(new BasicStroke(2.0f));
g2.draw(sha);
g2.setColor(Color.white);
g2.fill(sha);

图档处理

过去,想要给图片加滤镜效果,必须借助外部图像处理软件。现在 2D API 提供了一些简单的方法,开发者可以直接用代码控制滤镜效果。下面是一个示例:

float[] elements = {0.0f, -1.0f, 0.0f, -1.0f, 4.f, -1.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f};
Image img = Toolkit.getDefaultToolkit().getImage("boat.gif");
int w = img.getWidth(this);
int h = img.getHeight(this);
BufferedImage bi = new BufferedImage(w, h, BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
Graphics2D big = bi.createGraphics();
big.drawImage(img, 0, 0, this);
BufferedImageOp biop = null;
AffineTransform at = new AffineTransform();
BufferedImage bimg = new BufferedImage(img.getWidth(this), img.getHeight(this),
    BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
Kernel kernel = new Kernel(3, 3, elements);
ConvolveOp cop = new ConvolveOp(kernel, ConvolveOp.EDGE_NO_OP, null);
cop.filter(bi, bimg);
biop = new AffineTransformOp(at, AffineTransformOp.TYPE_NEAREST_NEIGHBOR);
g2 = (Graphics2D) this.getGraphics();
g2.drawImage(bimg, biop, 0, 0);

参考资料

  • [1] Ja va Tutorial - 2D Graphics, http://ja va.sun.com/docs/books/tutorial/2d/index.html
  • [2] Ja va 2D Programmer's Guide, Chapter 3 - Geometries, http://ja va.sun.com/products/jdk/1.2/docs/guide/2d/spec/j2d-geom.fm2.html
  • [3] Ja va 2D Programmer's Guide, Chapter 5 - Imaging, http://ja va.sun.com/products/jdk/1.2/docs/guide/2d/spec/j2d-image.fm2.html
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